柴油是土壤和水體中常見的一種污染物,由于其疏水性強,不活潑且難生物降解,會在環境中長期滯留,進而危害水體功能和水生生物資源,因此,柴油廢水的治理一直是人們關注的焦點.
目前,治理柴油污染的方法主要有物理法、化學法、生物法等.物理和化學法能夠快速去除柴油大部分組分,但成本較高且易引起二次污染. 而微生物法具有成本低、操作簡單和可避免二次污染等優點,因此,微生物修復環境中柴油污染具有很大的潛力和優勢.
在實際應用過程中,游離菌表現出單位體積內有效降解菌濃度低和抗毒性侵害能力差的特點,嚴重影響其降解效果(Liu et al.,2009). 固定化技術可克服細胞太小且與水溶液分離困難、易造成二次污染等弊端,具有菌體密度高、反應迅速及菌體流失少等優勢,是一種具有巨大應用前景的污染物處理技術.
近年來,關于固定化技術在石油烴降解領域的應用受到越來越多的關注.Lin等(2014)將兩株降解菌固定在棉纖維上來降解粗油,發現當鹽度低于70 g · L-1時,相比游離菌,固定化菌對原油的去除效果提升了30%.Costa等(2014)利用殼聚糖小球固定化B. pumilus UFPEDA831,發現固定化菌體對碳氫化合物去除效率達90.8%,并且可以回收利用.目前,絕大多數固定化技術研究關注的焦點是降解的影響因素,如pH、鹽度和溫度等,而關于固定化微生物的對柴油去除機理,即對先利用固定化材料對廢水 中的柴油進行吸附,然后被固定在載體上的微生物降解的研究鮮見報道.
因此,本試驗以課題組前期篩選獲得的威尼斯不動桿菌為研究菌種,以廉價易得的改性竹炭作為固定化載體,比較游離菌和固定化菌體對于一定濃度柴油溶液的去除效果,探討固定化菌吸附協同降解去除柴油的動力學過程,并借助紅外光譜(FTIR)、掃描電鏡(SEM)、氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)等表征手段,對比分析降解前后溶液的成分變化,為固定化菌降解柴油的機理研究提供研究基礎與理論依據.
材料與方法
2.1 實驗材料
2.1.1 試劑
供試柴油為商用0#柴油(密度 0.84 kg · L-1),經高壓滅菌后,室溫下保存使用. 實驗所用竹炭購自福州某市場,具體參數如下:比表面積130.5 m2 · g-1,微孔容積0.059 cm3 · g-1,平均微孔徑1.79 nm.
改性竹炭顆粒的制備:先將竹炭顆粒用蒸餾水清洗3次,去除粉塵和殘留物,再置于105 ℃烘箱中6 h烘至恒重,過30~40目篩,最后放入600 ℃馬福爐中煅燒2 h,冷卻后置于干燥器內備用.
2.1.2 菌種與培